利用廢棄PE包裝材料制備改性瀝青的實驗

 

　　通過在原料瀝青中添加高分子聚合物等改性劑，可以改進瀝青的性能。用改性瀝青鋪設的路面不但具有良好的耐久性、抗磨性等，而且在高溫或低溫時都能保持穩定性能。由于改性瀝青能適應日益苛刻的使用要求，引起了人們的高度重視，目前已開發出多種改性瀝青的配方和制備方法。

 

　　的類型、加入量和原料瀝青的組成及性質。本文介紹一種以廢棄包裝材料（主要為廢棄PE）作為改性劑制備的改性瀝青，并通過實驗檢驗其性能水平。

 

　　實驗材料和實驗設備的選擇

 

　　1.實驗材料的選擇

 

　　（1）原料瀝青。應選擇純凈、無風化、無有害雜質、碎片狀的原料瀝青，本實驗選用克拉瑪依100#原料瀝青，其性能指標見表1。

 

　　表1克拉瑪依100#原料瀝青的性能指標

 

　　包裝材料作為改性劑，同時為改進瀝青的某些性能，也需加入適量的廢橡膠粉。廢棄PE和廢橡膠粉的質量都應符合相應的技術要求規定。本實驗使用經過回收處理的鮮奶或酸奶軟包裝塑料袋（主要成分為LLDPE），以及由廢棄橡膠經過粉碎、研磨得到的細度為300～600μm的廢橡膠粉。

 

　　2.實驗設備的選擇

 

　　（1）可變功率電爐。用此設備對瀝青進行加熱，有利于控制瀝青改性時的溫度。

 

　　（2）轉速在3000轉/分鐘以上的變速剪切攪拌機。用此設備有利于控制轉速，且便于與不同黏度的瀝青進行匹配，利于瀝青與改性劑的相容。

 

　　（3）RKA 2型自動瀝青軟化點測定儀，用于測試改性瀝青的軟化點。

 

　　（4）EL46-5380/01型針入度測定儀，用于測試改性瀝青的針入度。

 

　　（5）ELE46-2615/01型延度測定儀，用于測試改性瀝青的延度。

 

　　凍斷實驗系統，該系統由西安防滲研究所開發研制，用于測試改性瀝青的低溫凍斷性能。

 

　　實驗過程及結果分析

 

　　1.改性瀝青的制備

 

　　依據不同的實驗條件，用可變功率電爐將瀝青加熱至160～200℃。將廢棄PE和（或）廢橡膠粉置于瀝青中人工攪拌30分鐘，再使用變速剪切攪拌機攪拌60分鐘，然后將混合物降溫至120℃左右放置30分鐘，等廢棄PE和（或）廢橡膠粉充分溶脹后，再使用變速剪切攪拌機高速攪拌90分鐘，直至廢棄PE和（或）廢橡膠粉均勻分散到瀝青中。表2是原料瀝青（1#）和改性瀝青（2#～6#）的配方。

 

　　（1）選取原料瀝青樣品時應將其攪拌均勻，確保其質量較高且性能穩定。廢棄PE要洗凈晾干，剪成小碎片；廢橡膠粉要純凈干燥。

 

　　（2）對瀝青進行加熱時，溫度一定要控制在160～200℃。溫度過高，瀝青容易老化燒焦，還會與改性劑發生交聯反應；溫度過低，則需要延長瀝青的加熱時間，會不同程度地影響改性瀝青的性能。讀取溫度時要待溫度穩定后再讀數，并且要用玻璃棒不停地攪拌。

 

　　（3）為防止刀具損壞和電機被燒毀，要等瀝青的溫度達到要求值后才可以開啟變速剪切攪拌機。而且在攪拌過程中，一定要注意防止廢棄PE和廢橡膠粉的結塊。

 

　　膠粉，則一定要先添加廢棄PE，待其溶脹后再添加廢橡膠粉。而且廢棄PE和廢橡膠粉的溶脹時間都必須在20分鐘以上。

 

　　（5）改性瀝青不能重復加熱，否則就無法得到預期的改性效果。

 

　　2.實驗結果及數據分析

 

　　對制得的改性瀝青試樣分別進行以下實驗，并對實驗結果進行分析。

 

　　（1）軟化點實驗

 

　　瀝青是一種無定形的非結晶高分子化合物，其力學性能很容易受到溫度的影響。在不同的溫度下，瀝青分子會呈現玻璃態、高彈態和黏流態等多種狀態，由玻璃態向高彈態轉變的溫度即為玻璃化溫度，由高彈態向黏流態轉變的溫度即為黏流化溫度，在玻璃化溫度和黏流化溫度的區間內為瀝青的黏彈性區域，而瀝青的溫度穩定性就是指在黏彈性區域內瀝青黏滯性隨溫度而變化的程度。實際上，瀝青從高彈態轉變為黏流態時，并不存在一個固定的溫度轉變點，而是一個很大的轉化區間。為此，人們不得不規定其中某一狀態作為從高彈態轉變到黏流態的起點，該點的溫度就稱為瀝青的軟化點。

 

　　一般采用環球法測定：把瀝青試樣裝入規定尺寸（直徑為16mm，高為6mm）的銅環內，試樣上放置一標準鋼球（直徑為9.53mm，重量為5.3g），浸入水或甘油中，以規定的升溫速度（5℃/min）加熱，使瀝青軟化下垂，當下垂到規定距離（25.4mm）時的溫度即為軟化點。實驗原理如圖1所示，軟化點實驗結果如圖2所示。

 

　　瀝青的軟化點一般越高越好，這說明其在高溫下的使用性能更佳。實驗結果說明，在一定范圍內，隨著廢棄PE的加入，瀝青的軟化點明顯提高。當然，為了保證一定的延度，需要加入廢橡膠粉，但廢橡膠粉又有降低軟化點的作用，因此需要在兩者比例間尋找一個平衡點。

 

　　（2）針入度實驗

 

　　針入度表示瀝青的稠度，反映瀝青抵抗剪切變形的能力。針入度實驗是在規定的溫度條件（25℃）下，用規定重量（100g）的標準針，經規定時間（5s）貫入試樣的深度即針入度（單位為1/10mm）。實驗原理如圖3所示，針入度實驗結果如圖4所示。

 

　　如果瀝青在25℃時的針入度在20以下，用其制成的路面就容易出現嚴重的開裂現象；如果大于30，則說明其具有高抗開裂性能。由實驗結果可知，改性瀝青的針入度性能雖不如原料瀝青，但也有較好的表現。不過如果廢棄PE和廢橡膠粉的比例設計不恰當（如2#），將會影響瀝青的針入度。

 

　　（3）延度實驗

 

　　瀝青的塑性常用延度表示，延度越大表示塑性越好。延度是指用瀝青試樣制成的標準試模（中間受拉的頸部截面積為1cm2）在規定速度（5mm/min）和規定溫度（25℃）下拉斷時的延伸長度（單位為cm）。實驗原理如圖5所示，延度實驗結果如圖6所示。

 

　　延度好的瀝青適應變形的能力強，在使用中能隨建筑結構的變形而變形，能保持完整面不開裂，并且在受到震動沖擊時能吸收一定能量而不被破壞。實驗結果表明，隨著廢棄PE的增加和廢橡膠粉的減少，瀝青的延度逐漸下降，這說明廢橡膠粉可以大大提高瀝青的延度。另有研究證實，當瀝青的針入度為30～50時，針入度相同的瀝青，延度大的使用性能更佳。

 

　　（4）低溫凍斷性能實驗

 

　　低溫凍斷性能實驗結果如圖7所示。其中瀝青4#改性不明顯，所以未出現在圖7中。改性后瀝青2#、3#、5#、6#的低溫凍斷溫度比原料瀝青1#都有了明顯降低，雖然在－30℃左右時改善不夠明顯，而低于－30℃時凍斷應力又有明顯提高，表明瀝青的耐低溫性能有了極大改善。

 

　　實驗總結

 

　　本實驗根據改性瀝青的基本改性原理，利用廢棄包裝材料（本實驗采用廢棄PE）作為主要改性劑，改進了瀝青的各種性能，實驗中不同配方制備出的改性瀝青可滿足不同的使用需求；同時，又合理利用了廢棄的塑料和橡膠，減少了白色污染，對保護環境有著十分重要的意義。在以后的研究中，可以繼續擴大廢棄包裝材料的范圍和種類，如利用EVA、SBS、PET等作為改性劑，還可通過同時加入多種聚合物來改善瀝青的性能，使其滿足現代交通道路的建設需求。

 

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